通過(guò)挖掘數(shù)據(jù)庫(kù)：PROFINET 和OPC UA可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)(PdM)

　　過(guò)多的意外停機(jī)次數(shù)常常降低生產(chǎn)速度。實(shí)際上，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都曾設(shè)想過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)。但在操作過(guò)程中，這些維護(hù)常常失敗。原因是，實(shí)施預(yù)測(cè)性維護(hù)有兩個(gè)難點(diǎn): 一、如何獲得可診斷故障的數(shù)據(jù);二、對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行何種處理，才能讓機(jī)器繼續(xù)工作。現(xiàn)如今，奧迪的一個(gè)實(shí)例向我們展示了這兩個(gè)難點(diǎn)是如何被PROFINET+OPC UA模式解決的。

　　預(yù)測(cè)性維護(hù)在當(dāng)下是熱門話題。但在實(shí)踐中，許多用戶會(huì)因?yàn)闊o(wú)法獲取到特定的數(shù)據(jù)而失敗。來(lái)自?shī)W迪德國(guó)(Neckarsulm)的Mathias Mayer 也同樣面臨著這個(gè)難題。根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，他說(shuō)：“在機(jī)器構(gòu)造中，90%的數(shù)據(jù)都無(wú)法獲取，如果要獲取的話，要增加額外的傳感器?！睂?duì)此，Mayer認(rèn)為應(yīng)該先利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)。

　　更好地利用可用數(shù)據(jù)是減少停機(jī)次數(shù)并增大工作效率的有效辦法。未來(lái)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度勢(shì)必會(huì)持續(xù)增加，因此有效利用數(shù)據(jù)會(huì)變得愈發(fā)重要。

　　為什么數(shù)據(jù)采集過(guò)程如此艱難? 通過(guò)研究來(lái)自?shī)W迪德國(guó)(Neckarsulm)的設(shè)備構(gòu)造，我們可以得到答案。德國(guó)Neckarsulm是奧迪A4,A6, A7, A8, R8 and A5 Cabrio的集中裝配地，那里有約2500個(gè)工業(yè)機(jī)器人。每個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)都受特定的PLC控制。Mayer在描述中說(shuō)到: “PLC常常就像個(gè)指揮，可以同時(shí)讓十個(gè)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)作。而實(shí)際上，是工業(yè)機(jī)器人在工作的過(guò)程中創(chuàng)造了產(chǎn)品和價(jià)值，這也就是為什么來(lái)自工業(yè)機(jī)器人身上的數(shù)據(jù)是如此的重要。”

　　除了涉及大量的設(shè)備之外，生產(chǎn)方式的不同也給數(shù)據(jù)的獲取和診斷帶來(lái)了極大的困難。例如，要想在保持最大耐久性的同時(shí)減輕重量，唯一的解決方法就是組合不同的材料。這需要使用不同的工藝技術(shù)。僅新型A8就用到了大量的連接技術(shù)：其間需要協(xié)調(diào)總共15種不同的技術(shù)(包括焊接技術(shù)、鉚接技術(shù)等)。如果生產(chǎn)活動(dòng)停滯不前，就需要所有的技術(shù)專家一同前來(lái)解決問(wèn)題。若再考慮到這些專家還需要實(shí)行“三班制“的工作方式，那就需要更多的大量員工在被培訓(xùn)并取得相關(guān)資質(zhì)之后上崗。顯然，這一過(guò)程既費(fèi)時(shí)又燒錢。

　　開(kāi)辟新模式

　　Mayer認(rèn)為解決這一難題，就需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)檢測(cè)。盡管在質(zhì)檢過(guò)程中需要花費(fèi)很多錢和時(shí)間，但是為了給客戶提供最高品質(zhì)的產(chǎn)品，這也是必不可少的。他讓不同的員工簡(jiǎn)單地檢測(cè)原本會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)結(jié)果，但最后的結(jié)果都是相同的。Mayer堅(jiān)信：” 通過(guò)這些數(shù)據(jù)，我們可以用來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)和工藝。為此，過(guò)程中的數(shù)據(jù)要盡可能地易于處理，舉個(gè)例子，作為非專家的使用者們也可以自行處理數(shù)據(jù)使得焊接過(guò)程得以重啟。

　　利用新模式，意外的生產(chǎn)系統(tǒng)停機(jī)次數(shù)將會(huì)減少，并且生產(chǎn)利用率和生產(chǎn)效率都會(huì)大幅提高。例如在實(shí)際情況中，可以把基于專家們的專業(yè)知識(shí)所產(chǎn)出的過(guò)程監(jiān)控方法和優(yōu)化方法保留在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，并通過(guò)該系統(tǒng)，對(duì)一些過(guò)程參數(shù)的進(jìn)行監(jiān)控并自動(dòng)調(diào)整。這些操作將降低維護(hù)成本，并減少檢測(cè)工作量。

　　實(shí)際應(yīng)用

　　盡管如此，這個(gè)新模式是如何在實(shí)際情況中應(yīng)用的呢?在未來(lái)的制造工藝鏈中，如果工業(yè)機(jī)器人通過(guò)學(xué)習(xí)，最終具備了足夠的技能;那么，無(wú)需額外的網(wǎng)關(guān)，就可以收集該設(shè)備的相應(yīng)數(shù)據(jù)并使其可視化。在整個(gè)流程的最終階段，僅僅需要一名了解該流程的員工，讓他在必要的時(shí)候進(jìn)行干預(yù)。據(jù)此，Mayer認(rèn)為分工合作是成功的關(guān)鍵，只有在這個(gè)基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)才能得到保障。

　　在奧迪的產(chǎn)業(yè)鏈中，OPC UA和MQTT 是傳輸數(shù)據(jù)的手段，這些數(shù)據(jù)位于覆蓋了大數(shù)據(jù)的平臺(tái)的邊緣層。一些用于狀態(tài)檢測(cè)的診斷分析，以及基于狀態(tài)做檢測(cè)的預(yù)測(cè)性分析的程序也位于這里。

　　在PROFINET OPC UA配套規(guī)范中，也有此方式，這個(gè)方式的基本內(nèi)容包括資產(chǎn)管理和診斷數(shù)據(jù)的收集和展現(xiàn)。由此，目前使用設(shè)備的資產(chǎn)和診斷數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)有PROFINET服務(wù)被收集在系統(tǒng)控制器中，并通過(guò)OPC UA傳送到實(shí)例之中。例如PROFINET的開(kāi)放性可以支持添加帶有OPC-UA接口的傳感器，這些傳感器可以將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到相應(yīng)的云服務(wù)或邊緣網(wǎng)關(guān)，而無(wú)需繁瑣地重構(gòu)自動(dòng)化解決方案。這是在現(xiàn)有系統(tǒng)中的一個(gè)嶄新的診斷方法。

　　挖掘到底

　　Mayer隨即給出了一個(gè)務(wù)實(shí)的解釋，他說(shuō):” 對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人僅僅是PLC的輔助設(shè)備。我們只想深入挖掘到底層數(shù)據(jù)，但不想為了工業(yè)機(jī)器人而建立一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。如果必須要為這2000多個(gè)工業(yè)機(jī)器人鋪設(shè)一條新的電纜，那就行不通了。不僅如此， 實(shí)際上，我們不僅只用了一個(gè)工業(yè)機(jī)器人制造商。根據(jù)不同的應(yīng)用，我們用了許多不同的制造商?！?/p>

　　不僅如此，不是所有的制造商都運(yùn)用了OPC UA。在一部分奧迪車的核心技術(shù)中，仍然缺少OPC UA(如點(diǎn)焊技術(shù)、螺柱焊技術(shù)、涂膠技術(shù)和鉚接技術(shù)等)。相比之下，機(jī)器人制造商已經(jīng)領(lǐng)先了一大步，RFID制造商也是如此。Mayer還認(rèn)為，事實(shí)上，奧迪一直都沒(méi)有積極利用OPC UA。不過(guò)，未來(lái)會(huì)逐漸改善。

　　具體實(shí)施

　　在實(shí)施過(guò)程引入了PROFINET+ OPC UA之后，它的優(yōu)點(diǎn)很快就發(fā)揮了作用。

　　舉例說(shuō)明：鉚釘從工業(yè)機(jī)器人手臂上的鉚接工具，經(jīng)過(guò)高度柔性軟管，可以輸送到填充區(qū)域。而在奧迪(Neckarsulm)有一個(gè)在線測(cè)量系統(tǒng)，它反應(yīng)了上述鉚釘傳輸系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)作情況。鉚釘?shù)膫鬏斔俣认鄬?duì)較高，可達(dá)到20米/秒。而較高的速度給系統(tǒng)帶來(lái)了極大的難題，因?yàn)樵谥埃浌鼙仨氃谳斔偷?00000個(gè)和第一百萬(wàn)個(gè)鉚釘之間的某個(gè)時(shí)間進(jìn)行更換，而每次更換都需要停止運(yùn)作20到30分鐘?，F(xiàn)如今，不必在生產(chǎn)過(guò)程中更換軟管，而是在運(yùn)作空閑時(shí)間更換。研究小組隨后創(chuàng)建了一個(gè)時(shí)間序列分析，用于檢測(cè)鉚釘輸送軟管的磨損情況。實(shí)施起來(lái)也相對(duì)容易——由于小型多孔點(diǎn)的存在，有更多的空氣流過(guò)軟管。這些結(jié)果被記錄下來(lái)，同時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)OPC UA轉(zhuǎn)發(fā)到PROFINET使其可視化?，F(xiàn)在，每個(gè)員工都可以得知底層的數(shù)據(jù)及其運(yùn)行情況，即使沒(méi)有額外的電纜，也可以更快地采取維修行動(dòng)。

　　展望：Mayer希望未來(lái)設(shè)備制造商能更快地實(shí)施這些規(guī)范。同時(shí)，他向廣大用戶保證，這很快就能實(shí)施成功。他認(rèn)為：“為了獲取利益，要盡快實(shí)施PROFINET+OPC UA新模式。制造商們應(yīng)早日貫徹實(shí)施工業(yè)4.0?！?/p>

對(duì)于奧迪來(lái)說(shuō)，高品質(zhì)的汽車質(zhì)量得益于使用高效的生產(chǎn)系統(tǒng)和新的高科技解決方案。同時(shí)，更多的數(shù)字化也對(duì)智能工廠有著明顯幫助。

　　奧迪正用人工智能加強(qiáng)質(zhì)量管理

　　新一代奧迪A8的車身結(jié)構(gòu)將首次采用四種不同材料的智能組合。

　　這也對(duì)公司未來(lái)的自動(dòng)化戰(zhàn)略有著深刻影響。

下一代奧迪A8的車身

　　奧迪A8: 在Neckarsulm 裝配汽車后板

　　奧迪 A8: 在Neckarsulm裝配全景天窗